運動控制和混合信號FPGA

　　脈沖寬度調(diào)制(PWM)

　　PWM邏輯并不是所有運動控制應(yīng)用都適用的方案。由于不同電機的繞組圈數(shù)、額定電壓/電流、扭矩曲線和其他參數(shù)的差異很大，因此每種PWM系統(tǒng)都需要對這些差異加以考慮。在PWM控制的系統(tǒng)中，施加電壓的順序決定電機的轉(zhuǎn)動方向。在給定繞組電感下，占空比(或者說脈沖頻率和脈沖串長度) 決定了電機的峰值電流和磁通量(即其扭矩大小)。機械動量和繞組電感(部分由繞組圈數(shù)所決定) 會使PWM電壓變得平滑。通過控制驅(qū)動電路的加壓順序、頻率和占空比，PWM 系統(tǒng)就可控制方向、速度和平均扭矩。利用FPGA 器件，設(shè)計人員可以構(gòu)建最適合系統(tǒng)要求的PWM方案，而不必非得采用傳統(tǒng)的MCU/DSP方案來實現(xiàn)。

　　正交編碼器接口(QEI)

　　大多數(shù)高精度電機(如用于機械手的伺服步進電機) 都支持正交編碼器接口?？刂葡到y(tǒng)必需提供正交編碼器接口邏輯來精確電機速度、位置和加速。當(dāng)然，采用可編程邏輯技術(shù)便可在各種模式下取決于運動控制系統(tǒng)中采用的電機特性，精確并動態(tài)地調(diào)節(jié)速度。

　　傳感器輸入

　　對于閉環(huán)運動控制系統(tǒng)，需要有轉(zhuǎn)子位置和/或轉(zhuǎn)數(shù)輸入。這些輸入可以是內(nèi)置的霍耳效應(yīng)傳感器或外接的光學(xué)位置編碼器、同步解析器或磁感應(yīng)傳感器。利用集成的模擬前端，混合信號FPGA將提供更加集成的解決方案，能夠減少部件數(shù)、降低系統(tǒng)成本和提高可靠性。

　　可靠性和系統(tǒng)正常運行時間

　　對于今天的電子系統(tǒng)，高性能、低集成成本和快速診斷能力非常關(guān)鍵。診斷和預(yù)報，即確定故障類型并作出預(yù)報的功能，在系統(tǒng)管理中的重要性越來越高。讀取帶有時間標(biāo)記系統(tǒng)參數(shù)的各種板卡運行的功能或事后分析故障的功能對于系統(tǒng)開發(fā)是無價之寶。同樣地，能構(gòu)建出一個"黑匣子"將為查找故障類型和設(shè)計缺陷節(jié)省寶貴的時間和精力。

　　混合信號FPGA的片上Flash 內(nèi)存可保存關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)，并對其作時間標(biāo)記，如電源線路電流消耗、器件溫度和電壓波動等。這些數(shù)據(jù)不僅可用于事后故障分析，而且還可讓創(chuàng)新的設(shè)計人員用于運行中的系統(tǒng)趨勢分析。例如，設(shè)計人員可以測量(當(dāng)輸入某一電壓時) 繞組的電流和電機的振動，以確定什么情況下按計劃的方式關(guān)閉設(shè)備。在工業(yè)應(yīng)用中，從解決故障問題所需的成本以及設(shè)備關(guān)閉所造成的利潤損失來考慮，按計劃的方案關(guān)閉設(shè)備比意外關(guān)閉的費用要少得多?；旌闲盘朏PGA可讓設(shè)計人員通過分析某一特定參數(shù)如何改變板卡的壽命，在故障發(fā)生前作出預(yù)報，從而最大限度地提高機器利用率，延長系統(tǒng)的正常運行時間，并降低可能造成重大損失的系統(tǒng)崩潰風(fēng)險。

　　電機的應(yīng)用范圍很廣，而且許多應(yīng)用都正在由機電設(shè)計轉(zhuǎn)向電子設(shè)計。計算機和功率電子器件的成本一直是推廣電子電機控制廣泛應(yīng)用的障礙之一。隨著半導(dǎo)體工藝和功能集成技術(shù)的進步，這個障礙正在慢慢消失。而且，由于今天采用固定功能實現(xiàn)方式的成本仍然很高，常常需要不同的部件和在各個設(shè)計反復(fù)環(huán)節(jié)作板卡級變更，F(xiàn)PGA遂成為了許多運動控制應(yīng)用的替代解決方案。

　　理想的運動控制設(shè)計往往需要將一些可協(xié)同操作的部件放在一起，使它們能在運行中和諧配合。而混合信號FPGA解決方案的功能集成度非常高，正好能滿足這種需求，可以大幅減少部件數(shù)目、板卡空間和整體系統(tǒng)成本，從而增加系統(tǒng)的可靠性和正常運行時間。